晶体结构与性质（讲）-2023年高考化学一轮复习

第38讲晶体结构与性质

目录

第一部分：网络构建（总览全局）

第二部分：知识点精准记忆

第三部分：典型例题剖析

高频考点1考查常见晶体的比较与晶体类型判断

高频考点2考查晶体熔沸点高低的比较

高频考点3考查晶胞组成的计算

高频考点4考查晶体密度及粒子间距的计算

正文

第一部分：网络构建（总览全局）

第二部分：知识点精准记忆

知识点一晶体概念及结构模型

1.晶体与非晶体

（1）晶体与非晶体的比较

晶体非晶体

结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列

自范性有无

性质特征熔点固定不固定

异同表现各向异性各向同性

二者区别间接方法看是否有固定的熔点

方法科学方法对固体进行X-射线衍射实验

⑵得到晶体的途径

①熔融态物质凝固。

②气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。

③溶质从溶液中析出。

⑶晶胞

①概念：描述晶体结构的基本单元。

②晶体中晶胞的排列——无隙、并置

A.无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。

B.并置：所有晶胞平行排列、取向相同。

2.晶胞组成的计算一均摊法

（1）原则

晶胞任意位置上的一个原子如果是被几个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是！

⑵方法

①长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算。

fI位于顶厕f同为8个晶胞所共有，:粒子属于该晶胞

O

,臼位于棱上上同为4个晶胞所共有，十粒子属于该晶胞

-1位于面上同为2个晶胞所共有，十粒子属于该品胞

位于内部|整个粒子都属于该晶胞|

②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）被三

个六边形共有，每个六边形占最

3.晶胞中粒子配位数的计算

一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数

⑴晶体中原子（或分子）的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子（或分子）的配位数指

的是该原子（或分子）最接近且等距离的原子（或分子）的数目。

（2）离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。

知识点二常见晶体结构模型

1.原子晶体（金刚石和二氧化硅）

二氧化硅

①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109。28，，最小的环是六元环。

含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。

②SiCh晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在

“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子，1molSiCh中含有4moiSi—O键。

2.分子晶体

①干冰晶体中，每个C02分子周围等距且紧邻的C02分子有12个。

干冰的结构模型（晶胞）冰的结构模型

②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含ImolHzO的冰中，最多可形成2

mol"氢键”。

3.离子晶体

①NaCl型：在晶体中，每个Na+同时吸引6个C广，每个C「同时吸引6个Na卡,配位数为6。每个晶胞含

4个Na卡和4个C1，

②CsCl型：在晶体中，每个C「吸引8个Cs+,每个Cs+吸引8个C「，配位数为8。

4.石墨晶体

石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2,C原子采

取的杂化方式是sp2。

5.金属键、金属晶体

1）金属键：金属阳离子与自由电子之间的作用。

2）本质---电子气理论

该理论认为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的

金属原子维系在一起。

3）金属晶体的物理性质及解释

当金属受到外力作用时，晶体中的各原子

——层就会发生相对滑动，但排列方式不变，金

―二」属离子与自由电子形成的金属键没有被破

坏，所以金属有良好的延展性

在外加电场的作用下，金属晶体中的电子

I导力性I—气做定向移动而形成电流，呈现良好的导

电性

一电子气在运动时经常与金属原子碰撞，从

而引起两者能量的交换

4）金属晶体的四种堆积模型分析

简单立方体心立方六方最密面心立方

堆积模型

堆积堆积堆积最密堆积

E

晶胞叵

配位数681212

X

原子半径3和

小a巾a

晶胞边长（a）的2r=a99

2-22

关系

一个晶胞内原子

1224

数目

常见金属PoNa、K、FeMg、Zn、TiCu、Ag、Au

特别提醒：

(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na+周围的Na卡

数目(Na+用"O”表示)：

每个面上有4个，共计12个。

(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2,石墨、CsChNaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的

空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。

知识点三四种晶体的性质与判断

1.四种晶体类型比较

分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体

比较

金属阳离子

构成粒子分子原子阴、阳离子

和自由电子

粒子间的相互

分子间作用力共价键金属键离子键

作用力

有的很大，有

硬度较小很大较大

的很小

有的很高，有

熔、沸点较低很高较高

的很低

难溶于任何常见溶剂难大多易溶于水等极性

溶解性相似相溶

溶剂溶溶剂

一般不导电，溶于一般不具有电和热的良晶体不导电，水溶液或

导电、传热性

水后有的导电导电性导体熔融态导电

2.离子晶体的晶格能

⑴定义

气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ-mol^o

(2)影响因素

①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。

②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。

(3)与离子晶体性质的关系

晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。

3、晶体熔、沸点的比较

1)不同类型晶体熔、沸点的比较

(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律:原子晶体,离子晶体〉分子晶体。

(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如鸨、铝等熔、沸点很高，汞、能等熔、沸点

很低。

2)同种晶体类型熔、沸点的比较

(1)原子晶体

原子半径越小一键长越短一键能越大一熔、沸点越高，如熔点:金刚石〉碳化硅〉硅。

(2)离子晶体

①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越

高，如熔点:MgO>NaCl>CsClo

②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔、沸点越高，硬度越大。

(3)分子晶体

①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高,如H20>H2Te>H2Se>H2So

②组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大，熔、沸点越高,如SnH4>GeH4>SiH4>CH4o

③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大,其熔、沸点越高,如CO>N2,CH3OH>CH3CH3O

④同分异构体支链越多，熔、沸点越低。如CH3cH2cH2cH2cH3>CH3cH(CH3)CH2cH3>CH3c(CH3)2CH3。

(4)金属晶体

金属离子半径越小，离子电荷数越多,其金属键越强，金属熔、沸点就越高,如熔、沸点:Na〈Mg〈Al。

4.晶体类型的判断一一依据性质判断晶体类型的方法

(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断

①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的相互作用是离子键。

②原子晶体(共价晶体)的构成粒子是原子，粒子间的相互作用是共价键。

③分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的相互作用为分子间作用力。

④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的相互作用是金属键。

（2）依据物质的类别判断

①活泼金属氧化物（如％0、NazOz等）、强碱（NaOH、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。

②大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅等）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多

数有机物（除有机盐外）是分子晶体。

③常见的原子晶体（共价晶体）单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体（共价晶体）化合物有碳

化硅、二氧化硅等。

④金属单质与合金是金属晶体。

（3）依据晶体的熔点判断

①离子晶体的熔点较高，常在数百至一千摄氏度以上。

②原子晶体（共价晶体）熔点高，常在一千至几千摄氏度。

③分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。

④金属晶体多数熔点高，但也有相当低的，如汞。

⑷依据导电性判断

①离子晶体水溶液或熔融态时能导电。

②原子晶体（共价晶体）一般为非导体。

③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质（主要是酸和强极性非金属氢化物）溶于水，使分子内的化学

键断裂形成自由离子也能导电。

④金属晶体是电的良导体。

（5）依据硬度和机械性能判断

①离子晶体的硬度较大或略硬而脆。

②原子晶体（共价晶体）的硬度大。

③分子晶体的硬度小且较脆。

④金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。

知识点四有关晶胞的计算

L晶胞计算公式（立方晶胞）

（1）晶体密度：apNk=NM

（a：棱长；P：密度；儿：阿伏加德罗常数的值；N：1mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的个数；M-.

基本粒子或特定组合的摩尔质量）。

（2）金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式（设棱长为a）

①面对角线长=Ma。

②体对角线长=/a。

③体心立方堆积4r=/a（r为原子半径）。

④面心立方堆积4r=^a（r为原子半径）。

晶胞中微粒体积

（3）空间利用率=X100%o

晶胞体积

2.有关晶胞的计算方法

（1）计算晶体密度的方法

以一个晶胞为研究对象，根据勿=。-V,其一般的计算规律和公式可表示为：*乂n=P乂3,其中〃为晶

体的摩尔质量，〃为晶胞所占有的粒子数，”为阿伏加德罗常数，P为晶体密度，a为晶胞参数。

（2）计算晶体中微粒间距离的方法

网|微粒间|

|体积门距离

第三部分：典型例题剖析

高频考点1考查常见晶体的比较与晶体类型判断

例1.（2021•山东•模拟预测）下列数据是对应物质的熔点:

物质Na?。BCI3AIF3A1CLSi02

熔点/℃92010712911901723

由以上数据作出的下列判断中错误的是

A.Na?0在920℃时可以导电B.BCL和AlFs的晶体类型相同

C.A1CL晶体溶于水时破坏的是共价键D.表中物质都不属于金属晶体

【解析】A.根据表格数据可知，Na?。的熔点为920℃,则920℃时Na?。已经开始熔化生成自由移动的Na*

和O',可以导电，故A正确；B.根据表格数据，BCL沸点107℃,熔点低，为分子晶体；AlFs熔点为1291℃,

熔点较高，为离子晶体，二者的晶体类型不相同，故B错误；C.AlCk属于共价化合物，只含有共价键，晶

体溶于水时破坏的是共价键生成氯离子和铝离子，故C正确；D.金属晶体都是金属单质，表中物质都是化

合物，不属于金属晶体，故D正确；答案选B。

【答案】B

【名师归纳】判断晶体类型的5种方法

（1）依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断

①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的相互作用是离子键。

②原子晶体（共价晶体）的构成粒子是原子，粒子间的相互作用是共价键。

③分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的相互作用为分子间作用力。

④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的相互作用是金属键。

（2）依据物质的类别判断

①活泼金属氧化物（如K2、Na?。,等）、强碱（NaOH、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。

②大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅等）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多

数有机物（除有机盐外）是分子晶体。

③常见的原子晶体（共价晶体）单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体（共价晶体）化合物有碳

化硅、二氧化硅等。

④金属单质与合金是金属晶体。

⑶依据晶体的熔点判断

①离子晶体的熔点较高，常在数百至一千摄氏度以上。

②原子晶体（共价晶体）熔点高，常在一千至几千摄氏度。

③分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。

④金属晶体多数熔点高，但也有相当低的，如汞。

⑷依据导电性判断

①离子晶体水溶液或熔融态时能导电。

②原子晶体（共价晶体）一般为非导体。

③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质（主要是酸和强极性非金属氢化物）溶于水，使分子内的化学

键断裂形成自由离子也能导电。

④金属晶体是电的良导体。

（5）依据硬度和机械性能判断

①离子晶体的硬度较大或略硬而脆。

②原子晶体（共价晶体）的硬度大。

③分子晶体的硬度小且较脆。

④金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。

【变式训练】（2022•上海•模拟预测）下表数据是对应物质的熔点，下列说法错误的是

编号①②③④

物质A1F3A1C13BCIBNC13

熔点/℃1291160-107-40

A.BCL、NCL分子中各原子最外层都满足8电子稳定结构

B.因为键长B—F〈B—CL故BF3稳定性高于BCk

C.AlFa,A1CL都是强电解质，但晶体类型不同

D.已知BCk为平面正三角形分子，故它是由极性键构成的非极性分子

【解析】离子晶体的熔沸点一般较高，分子晶体的熔沸点一般较低，根据晶体的熔沸点数据知，氟化铝属

于离子晶体，氯化铝、氯化硼、氯化氮属于分子晶体。A.BCL中B原子最外层电子数+共价键个数=3+3=6,

所以该分子中所有原子没有达到8电子稳定结构，NCL中N原子最外层电子数+共价键个数=5+3=8,所以该

分子中各原子最外层都满足8电子稳定结构，故A错误；B.键长越长，键越不牢固，键长B—F〈B—C1,故

BF3稳定性高于BCk,故B正确；C.A1F3,AlCk在水溶液里都完全电离，属于强电解质，氯化铝属于分子

晶体，氟化铝属于离子晶体，晶体类型不同，故C正确；D.该分子中B和C1原子之间形成极性键，BC13

为平面正三角形分子，正负电荷重心重合，为非极性分子，故D正确；故选A。

【答案】A

高频考点2考查晶体熔沸点高低的比较

例2.（2022•天津•模拟预测）下列各组物质熔点高低的比较，正确的是

A.Mg>Al>NaB.MgO>NaCl>KC1

C.晶体硅〉金刚石〉碳化硅D.ASH3>NH3>PH3

【解析】A.Al、Mg、Na都是金属晶体，Al、Mg、Na电荷数顺序：Al>Mg>Na；原子半径顺序：Al<Mg<

Na,金属晶体中原子半径越小，电荷越多，熔点越大，所以熔点顺序：Al>Mg>Na,故A错误；B.MgO、

NaCKKC1都是离子晶体，镁离子半径小于钠离子、钾离子半径，氧负离子半径小于氯离子半径；离子晶体

中阴阳离子半径和越小，电荷越大，熔点越大；所以熔点高低顺序为：MgO>NaCl>KCL故B正确；C.晶

体硅、金刚石、碳化硅都是原子晶体，因键长CC<CSi<SiSi,原子晶体中半径越小，共价键越强，熔点越

大,则熔点为金刚石>碳化硅>晶体硅，故C错误；D.ASH3>PH3,NH3都是分子晶体，分子晶体中相对分子

质量越大，熔点越大，NL中含有氢键，则熔点最高，所以熔点顺序为：NH3>ASH：!>PH3,故D错误；故选B。

【答案】B

【名师点睛】晶体熔、沸点的比较

(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体〉离子晶体〉分子晶体。

(2)相同类型晶体

①金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属熔、沸点就越高。

②离子晶体：a.晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。b.阴、阳离子的电荷数越多,

离子半径越小，熔、沸点就越高。

③原子晶体：原子半径越小，键长越短，熔沸点越高。

④分子晶体：组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。

【变式训练】(2021•上海金山•二模)已知有钠、钾及钠钾合金，对于它们三者熔点高低比较正确的是

A.钠钾合金＞钠＞钾B.钠＞钾＞钠钾合金

C.钠〉钠钾合金〉钾D.钾〉钠钾合金〉钠

【解析】合金的熔点比各成分的熔点低，碱金属的熔点随原子序数的增大而减小，则熔点为钠〉钾〉钠和钾

的合金，故答案选B。

【答案】B

高频考点3考查晶胞组成的计算

例3.(2021•湖北•模拟预测)最近发现，只含镁、银和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种

元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如上图所示，则该晶体的化学式为

()

・钱原子

。银原子

,碳原子

A.MgCNiB.MgCNiC.MgCNiD.MgCNi

232032

【解析】碳原子位于该晶胞的体心上，所以该晶胞中含有一个碳原子；镁原子个数=8X：=1,所以该晶胞含

O

有1个镁原子；银原子个数=6X；=3,该晶胞中含有3个银原子，所以该晶胞的化学式为：MgCNi3,故答案

为C。

【答案】C

【名师点睛】均摊法确定立方晶胞中粒子数目的方法是：①顶点：每个顶点的原子被8个晶胞共有，所以

晶胞对顶点原子只占(份额；②棱：每条棱的原子被4个晶胞共有，所以晶胞对顶点原子只占二份额；③面

84

上：每个面的原子被2个晶胞共有，所以晶胞对顶点原子只占《份额；④内部：内部原子不与其他晶胞分

享，完全属于该晶胞。

【变式训练】（2022•全国•高三专题练习）现有四种晶体的晶胞，原子的排列方式如图所示，化学式为

岷3的是

MN

【解析】A.晶胞中M原子数目为8x）=1、N原子数目为1,化学式为MN,A错误；B.晶胞中M原子数目为

O

8x，=l、N原子数目为12义!=3,化学式为MN”B正确；C.晶胞中M原子数目为4x[=1、N原子数目为

8482

11111

4x3=7,化学式为MN,C错误；D.晶胞中M原子数目为8'7+6、彳=4、N原子数目为l+12x：=4,化学

o2824

式为MN,D错误；故选B。

【答案】B

高频考点4考查晶体密度及粒子间距的计算

例4.（2021•广东•模拟预测节选）硫化锂LizS（摩尔质量Mgmof）的纳米晶体是开发先进锂电池的关键

材料，硫化锂的晶体为反萤石结构，其晶胞结构如图。若硫化锂晶体的密度为ag.cm',则距离最近的两个

S”的距离是—nm„（用含a、M、岫的计算式表示）

•X

OY

【解析】由晶胞结构可知，X原子个数为：葭8+1义6=4,Y原子个数为：8,所以X为S'Y为Li',设

o2

晶胞的边长为bcm,P=